張雙樓煤礦通風系統優化改造研究與應用

文/楊 瀚

一、概況

徐州礦務集團張雙樓煤礦設計能力120萬t/年，2015年核定生產能力210萬t/年。礦井通風方式為對角式，共有3個進風井（主井、副井、新副井），2個回風井（東風井和西風井），抽出式通風。

2018年1月，礦井有3個回采工作面、13個掘進工作面、14個硐室、9處其他用風地點獨立供風，礦井總需要風量為14278m3/min。東風井回風量8234m3/min，風壓2790Pa；西風井回風量8116m3/min，風壓2770Pa。《煤礦井工開采通風技術條件》規定，礦井通風系統風量 5000～10000m3/min時，通風阻力不超過2500pa，礦井通風阻力不符合要求。

目前張雙樓煤礦采深已經達到-1150m，原巖溫度在40～44℃，HEMS降溫系統每年5月～12月運行，工作面回風流溫度仍達到30℃以上，隨著開采深度增加，溫度將繼續增加，需要增加采掘工作面供風量改善高溫環境。

根據礦井生產布局和通風系統進行風網解算，礦井通風困難時期，東風井風機運行工況為：風量7903m3/min，風壓 4449.2Pa，超過風機最大允許風壓3825Pa（風機最大風壓4250Pa×0.9）；西風井風機運行工況為：風量7931m3/min，風壓4467.7Pa，超過風機最大允許風壓4050Pa（風機最大風壓4500Pa×0.9）。當前礦井通風能力不能滿足礦井困難時期生產需要。因此，需要對礦井通風系統進行優化改造。

二、礦井通風系統改造方案

根據礦井生產布局，結合礦井地質條件，設計了三種通風系統改造方案。

1.方案一：西三區域布置新進風井

在西三區域布置新風井，井筒落底標高-830m，通過新掘-830m進風巷與-830m石門聯通。同時在-500m西四車場與西五回風上山之間新布置1條回風巷（布置在9煤底板內），西五采區形成2進2回的通風系統 （-830m運輸大巷、-500m西五大巷進風，-500m西五回風巷、-500m西五回風巷回風）。

（1）井筒位置選擇

地表情況。井筒位于龍河公路西側260m處，沛縣安國鎮蔡家居委會張莊組農田內，井筒位置選擇符合 《煤礦安全規程》第146條、247條規定要求。

壓煤情況。根據礦井開采與煤層賦存情況，在西三區域第11勘探線向東20m位置7、9煤沉缺區內，不壓覆現有采煤工作面儲量。

井筒地質情況。井筒穿過第四系、侏羅-白堊系、二疊系、石炭系地層。穿過的含水層有9個，井筒落底在F9斷層上盤9煤底板約45m一灰層位內，在新副井施工過程中已穿過。

（2）井筒參數、工期及預算

井筒內徑5.5m，截面積23.75m2。井筒地面標高+38.1m，落底標高-833.74m，深度872m。井筒凍結段井壁為雙層鋼筋砼，基巖段為澆灌砼。配套風道1418m，工期安排18個月，工程費用預算10773萬元。

（3）預期改造效果

使用《礦井通風系統運行狀態預測模擬軟件》進行解網預測，東風井風機運行工況為：風量7692m3/min，風壓 2449.4Pa；西風井風機運行工況：風量8274m3/min，風壓2484.1Pa。

2.方案二：掘巷及擴巷降阻

-500m水平增加2條回風巷，西五采區形成2進3回的通風系統；西三采區增加1條回風巷，形成1進2回的通風系統；-500m水平大巷進行擴巷降阻。

（1）工期及預算

風道掘進工程量3852m；將-500m西一至西五大巷巷道斷面由10m2擴修到15m2，長度2715m。 工期安排24個月，工程費用預算10455萬元。

（2）預期改造效果

應用《礦井通風系統運行狀態預測模擬軟件》進行解網，西風井風機運行工況：風量8328m3/min，風壓2461.7Pa；東風井風機運行工況：風量 7644m3/min，風壓 2497.1Pa。

3.方案三：在西風井廣場內布置新進風井

在西風井廣場內布置新風井，井筒落底標高-380m，在-380m與-500m水平大巷之間建立進風下山與-500m大巷連通。同時在-500m西四車場與西五回風上山之間新布置1條回風巷（布置在9煤底板內），西五采區形成2進2回的通風系統 （-830m運輸大巷、-500m西五大巷進風，-500m西五回風巷、-500m西五回風巷回風）。

（1）井筒位置選擇

壓煤情況。新風井布置在西風井廣場內，不存在壓煤情況。

井筒地質情況。井筒穿過第四系、二疊系、石炭系地層。穿過的含水層有7個，其中第四系4個、二疊系3個，井筒落底在石炭系四灰頂板內。

地表情況。在西風井工業廣場院內。

（2）井筒參數、工期及預算

井筒內徑5.5m，截面積23.75m2。井筒地面標高+38.9m，落底標高-380m，深度419m。井筒凍結段井壁為雙層鋼筋砼，基巖段為澆灌砼。配套風道1431m。工期安排21個月，工程費用預算12315萬元。

（3）預期改造效果

應用《礦井通風系統運行狀態預測模擬軟件》進行解網，西風井風機運行工況：風量8310m3/min，風壓2496.0Pa；東風井風機運行工況：風量7662m3/min，風壓2465.2Pa。

三、方案優缺點比較

1.方案一：西三區域布置新進風井

（1）優點：見效快。風井施工完成后（約18個月），可為西三采區增加風量、降溫。縮短93606、93608工作面通風流程3000m，為其增風降溫。有利于安全生產組織，新建井筒處于礦工業廣場以外，減少副提排矸壓力；由外委隊伍施工，對井下安全生產干擾因素小。配套井巷工程量小，巷道維護費用低。工程地質條件相對簡單，對工程施工進度影響小。

（2）缺點：工程費用較高。在工業廣場外施工，增加征地、供電、新建道路、橋梁等工程量。

2.方案二：掘巷及擴巷降阻

（1）優點：不需要增加征地、新建道路等工程。

（2）缺點：副井排矸能力不足。巖巷工程量大，需要增加3個掘進工作面，需要供應車皮增加排矸車皮270個，副井排矸能力不能滿足需要。通風系統不可靠。增加3個掘進工作面需要增加風量1800m3/min左右，西風井主要通風機接近風機運行“喘振”區。見效慢，工期長，近期無法為西三采區提供服務。生產組織復雜，新增3條巖巷，占用隊伍多，與現有采掘活動相互影響，管理難度大。巷道后期維護量大，占用維護力量，維護費用高。降溫效果差。

綜合排矸、增風因素，方案2無實施可行性。

3.方案三：西風井廣場內布置新進風井

（1）優點：無需增加征地、新建道路等工程。在西風井廣場內施工，受外界干擾因素小。

（2）缺點：施工存在不確定性。井筒、配套井巷工程水文地質條件復雜，臨近陷落柱、斷層發育區域，需要超前進行電法、鉆探等探查工作，提前預注漿等防治水措施。降溫效果差。新進風井位置距離西三采區93606工作面通風流程與新副井供風距離相比，僅縮短100m，通風流程仍有12900m。

四、方案綜合比較選擇

方案一與方案三相比，配套風道少13m，工期少3個月，工程費用少1542萬元。方案一在西三區域施工新進風井，水文地質條件簡單；方案三在西四區域施工新進風井，水文地質條件復雜，存在突水危險，安全可靠性差。

綜合方案的優缺點、工程量、工期、工程費用、安全可靠性、施工可行性等方面分析比較，方案一最優，推薦為采用方案。

五、結論

通過在西三區域新建進風井、西五采區回風巷，前期可為西三采區93606、93608工作面縮短通風流程3000m，溫度下降1℃以上；在礦井通風困難時期西五采區首采工作面92812工作面生產后，礦井西風井風壓為2484.1Pa，達到優化礦井通風系統的目的。